Bragg反射齿型平面凹面衍射光栅性能研究

本文基于Bragg反射光栅是一维光子晶体的一种特例结构, 提出利用一维光子晶体理论进行Bragg衍射光栅的设计并对其性能进行研究分析. 根据一维光子晶体理论, 建立了罗兰圆结构的凹面椭圆Bragg蚀刻衍射光栅, 研究了TE/TM模式下器件的分光特性以及入射角度改变对器件角色散造成的影响; 同时, 文中对比了空气介质型和金属铝线型椭圆Bragg蚀刻衍射光栅的光学性能. 研究结果表明: 选择合适的器件参数, 可以实现TE/TM模式下1.465-1.615 μm范围内波长衍射效率在95% 以上, 且空气介质型结构光栅的通道均匀性要优于金属铝线型结构光栅; 入射角在30°-60°范围内变化时, 相同入射角度下, TM模式下器件角色散大于TE模式. 基于Bragg衍射光栅设计的波分复用器是一种尺寸小、衍射效率高的新型EDG 波分复用器, 为未来密集型EDG波分复用器发展提供了一种新的设计思路.     

凹面光栅型波长解复用器的标量波动分析

利用标量波动衍射理论，通过对光栅槽面的数值积分，计算了罗兰圆型集成二维凹面光栅像点的光强分布。给出了光线追变法难以得到的光栅槽面沿光栅圆不同方位刻划所引起的成像点对于光栅方程计算位置的偏离；在对色散和分辩力的分析上，获得了与光线追迹法很好的一致性；分析了光栅的槽面波、光源的模场宽度以及因工艺产生的槽面圆角对光栅成像的影响；最后给出了光栅的波像差和光线像差的计算。     

凹面光栅衍射效率的研究进展

凹面光栅因同时具有聚焦和色散功能而广泛应用于各类紫外、可见和红外波段的光谱分析仪器中,尤其是平场凹面光栅可以结合线阵或面阵探测器来实现即时分析。凹面光栅衍射效率的高低直接影响光谱仪器的信噪比和信号采集,其相关研究也逐渐为人们所关注。介绍了凹面光栅衍射效率的研究进展,比较了由机械刻划法和全息法制作的凹面光栅在掠入射下衍射效率的差别,分析了现有计算衍射效率方法的优缺点,并且对凹面光栅衍射效率的研究趋势做了简要预测,提出了需要同时在凹面光栅的主截面和非主截面内考虑光束对其衍射效率的影响。     

计算凹面闪耀光栅衍射效率的通用方法

为使凹面光栅的衍射能量更多地集中在所需要的级次上,提出了利用机械刻划的方法在凹面基底上制作变刻槽角度的凹面闪耀光栅,并利用菲涅耳-基尔霍夫衍射公式推导了同时在主截面和非主截面内计算凹面闪耀光栅衍射效率的理论方法,弥补了以往只在主截面内考虑衍射效率的不足,最后利用Matlab仿真软件模拟了衍射效率随波长的变化曲线,并对比了在不同制作和使用参数下衍射效率峰值的变化规律,为今后凹面光栅的设计和制作提供了参考价值。     

凹面光栅衍射效率测量值的影响因素及补偿方法研究

通过仪器获得的凹面光栅的衍射效率是相对值,其测量值的精度受测量过程和补偿方法的影响。为使效率测量值的测量精度得到进一步提高,有必要对测量值产生影响的主要因素进行深入研究。该文进一步考察了影响衍射效率测量精度的主要因素,针对待测凹面光栅根据待测波长的测试要求进行旋转造成光束截面变化而产生的问题,适当补充原理性方案,并在此基础上推导出了适用于凹面光栅的光束截面变化因子k(θ)的解析表达式。基于影响测量精度因素与理论值之间的非线性关系,提出采用二次非线性回归分析的方法对测量结果进行补偿,给出了提高衍射效率测量精度的补偿公式。实验结果表明,对光栅衍射效率的测量值进行进一步补偿后,使得补偿值与理论值之间的整体误差范围由±2.5%缩小为±0.3%以内,与线性回归分析方法相比,显著缩小了补偿值与理论值之间的差距,进一步保证了衍射效率的准确测量。将补偿过程嵌入测量程序,该方法能够实时补偿测量结果,满足仪器准确测量的要求。     

大角度蚀刻衍射光栅的模拟

研究了平面波导密集波分复用器件中很有发展潜力的蚀刻衍射光栅(EDG).小角度范围光栅的模拟通常采用高斯近似的输入光场,由于近轴的高斯光场接近实际光场,所以模拟结果很准确.但这种方法应用于大角度范围的光栅则有偏差.本文提出了大角度蚀刻衍射光栅的模拟方法,分析了这种偏差并给出了模拟结果.事实上这种方法也适合于实际任意输入光场的模拟.     

掠入射凹面光栅谱仪高级次衍射光谱相对效率测量

测量了波长2.847、3.373、4.027、9.873和10.24nm谱线的一级和高级次光谱强度。给出了以一级光谱强度为标准的高级次衍射光谱的相对效率,并对测量结果进行了分析、讨论。     

掠入射凹面光栅谱仪高级次衍射光谱相对效率测量

 测量了波长2.847、3.373、4.027、9.873和10.24nm谱线的一级和高级次光谱强度。给出了以一级光谱强度为标准的高级次衍射光谱的相对效率,并对测量结果进行了分析、讨论。     

蚀刻衍射光栅波分复用器件的设计与模拟

近年来光通信飞速发展,波分复用技术(WDM)是满足要求的有效手段.密集波分复用技术已经得到成功商用,其扩展信息传输容量的能力也在不断增强.作为波分复用中最关键的器件,蚀刻衍射光栅(EDG)是平面波导密集波分复用器件中很有发展潜力的一种.本文分析了EDG器件的解复用原理,参量设计,工艺过程.文章最后,建立了一个光栅干涉的简单模型,对设计好的器件参量进行模场形状、谱响应、色散等光栅性能的模拟,得到基本的器件解复用特性,并加以分析.     

一步法设计单色仪凹面全息光栅

凹面全息光栅是光谱分析仪器的核心器件之一,其成像质量直接决定了光谱分析仪器的分辨本领。利用光程函数理论设计凹面全息光栅是一个繁琐的求解非线性方程组的过程,该过程分两步进行,每步需要求解四个非线性方程。分两步求解不但过程麻烦,还不可避免地引入了取舍误差,降低了最优参数的精度。为了解决该问题,本文提出了一种设计单色仪凹面全息光栅的新方法——一步法,该方法不但可以简化求解过程、降低最优参数的误差,还可以方便地控制整体像差的变化趋势。采用有较强全局搜索能力的遗传算法求解该方法中非线性方程的极值问题,并与传统的方法对比验证了该方法的可行性和正确性,结果表明,一步法不但在方法上比两步法简便,其设计结果还优于两步法。     

Athermal metal-free planar waveguide concave grating demultiplexer

An athermal metal-free planar waveguide concave grating demultiplexer is proposed. We designed the dielectric mirror at the grating facet instead of coating with the metal on the back wall of the grating facet. The transfer-matrix method is introduced to design the dielectric mirror and the reflectance spectral responses of the 2D waveguide structure are simulated using the FDTD software (RSoft, Inc.). To reduce the temperature sensitivity of the device, the three-focal-point method is introduced. We use the design example to show the high-reflectance bandwidth of the dielectric mirror. The fabrication errors are also taken into consideration. By using the numerical model of the scalar diffraction theory, the flat-top spectral responses of the channels are simulated.     

光栅衍射和布拉格公式

在斜入射光栅衍射中,第k级明纹的衍射角θk随入射角α变化,衍射光偏离入射光的角度φ=f（α）,此函数有极小直点,并且此时以和光栅常数的关系与布拉格公式形式相同．     

Reduced back reflection design for an etched diffraction grating based planar demultiplexer

A design for a planar etched diffraction grating (EDG) demultiplexer is presented to reduce the back reflection. By reducing the diffracted field at the input waveguide, the present design makes the best effort to reduce the optical return loss. A design example is given to verify the performance. The spectral response at the input waveguide is simulated and the results show that at the wavelengths that cause back reflection, the reduced back reflection design only receives –47.7 dB of the input power, whereas the design without reduced back reflection receives –3.7 dB of the input power.     

Linear system model for planar concave grating demultiplexer

A linear system model for planar concave grating demultiplexer is developed based on the scalar diffraction theory. With this model the system can be simulated by using Fourier transform. Many device performances such as dispersion features, N × N interconnection, channel uniformity, insertion loss, crosstalk can be estimated or optimized. Furthermore, the behavior of aberration is included in the generalized model.     

短程透镜-光栅型集成波分复用器

制备了一种短程透镜——光栅型集成光学波分复用器。本文简述了波分复用器的原理和制备工艺,描述了其中的关键元件光波导光栅和光波导透镜的设计及特性测量,给出了波分特性的实验结果.     

基于粗时分复用技术的光纤光栅传感系统研究

充分利用光纤光栅传感网络的频域和时域资源,综合考虑了光栅传感环境特点、传感点铺设和维护等因素,提出了一种新型的基于粗时分复用的TDM/WDM光纤传感网络设计方案。先按时分复用方式将光纤传感环境划分成不同时延的传感域,再将域内传感点按波分复用方式进行波分复用,并结合网络拓扑结构分析了网络中的影响测量结果的主要因素。方案引入了传感域和时延容差概念,可以放宽对传感点精确位置的要求,可对传感网进行分域管理,便于替换死亡的传感器,更加方便、简洁地实现大容量光纤光栅传感系统,可依据器件具体情况灵活分配传感域内域外的传感器复用数,使每个传感单元的传感成本显著降低。     

体相位全息光栅式波分复用器的研究

利用体相位全息光栅的优良特性,研制光栅式密集型波分复用器(DWDM)。准直后的信道波长通过体相位全息光栅两次衍射,在焦面上实现信道波长的分复用。阐述了体相位全息光栅的独特结构特点,给出了体相位全息光栅式密集型光波分复用器件的原理图,计算出各个信道的位置及间隔,用Zemax仿真出设计模型。相比于薄膜滤光片式器件而言,具有许多独特的优良特性,能够实现更密集更多信道数量的分复用。     

Arrayed waveguide grating multiplexer with high thermal stability on silicon

In this paper, certain important parameters are optimized for a polymer/Si arrayed waveguide grating (AWG) multiplexer by using grating theory. A 32-channel multiplexer is designed and fabricated using newly synthesized fluorinated poly (ether ether ketone) with a high thermal stability. The measured wavelength channel spacing is 0.796 nm, and center wavelength and 3-dB bandwidth are 1548 nm and 0.3 nm, respectively.